第一章 电弧焊的基础知识课件.ppt

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1、主要内容第一章电弧焊的基础知识第一节电弧的物理基础第二节焊丝的熔化与熔滴过渡第三节母材熔化与焊缝成形§1-1焊接电弧电弧是所有电弧焊方法的能源。电弧能有效而简便地把弧焊电源输送的电能转换成焊接过程所需要的热能和机械能。电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。一、焊接电弧的物理基础焊接电弧导电示意图气体导电时，导电部分的电压与电流不遵循欧姆定律。金属导电伏安特性气体导电伏安特性Ⅰ－非自持放电Ⅱ－自持放电Ⅲ－辉光放电Ⅳ－电弧放电电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大要使两电极之间的气体导电必须具备两个条件：(1)两电极之间有

2、带电粒子；(2)两电极之间有电场。（一）电弧及其电场强度分布阴极区弧柱区阳极区10-4～10-6cm中间10-2～10-3cmUk：阴极电压降Uc：弧柱电压降Ua：阳极电压降按电场强度分布的特点可将电弧分为三个区域电弧中的带电粒子主要依靠两电极之间的气体电离和电极发射电子两个物理过程所产生，同时也伴随着解离、激励、扩散、复合、负离子的产生等过程。（二）电弧中带电粒子的产生电离：在一定条件下中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。主要问题：电离、电离能、多级电离、电离与电弧稳定性关系。激励当中性粒子接受外来能量的作用还不足以使电子完全脱离气体原子或

3、分子时，但可能使电子从较低的能级转移到较高的能级，这种现象称为激励。表征激励能力用激励电压。主要问题：激励能、激励与电离关系、激励作用（1）电离与激励1.气体的电离碰撞传递粒子之间以相互碰撞传递能量的形式称为碰撞传递（弹性碰撞和非弹性碰撞）。光辐射传递中性气体粒子可以接受外界以光量子形式所施加的能量，提高其内能并改变其内部结构，使气体粒子被激励或电离。比较：在电弧燃烧过程中非弹性碰撞传递是主要形式（2）能量传递方式（3）电离种类热电离:高温下气体粒子受热的作用相互碰撞而产生的电离称为热电离。场致电离:在两电极间的电场作用下，气体中的带电粒子被加速。当带电

4、粒于的动能达到一定数值时，有可能与中性粒子发生碰撞而使之产生电离，这种电离称为场致电离。光电离:中性粒子接受光辐射的作用而产生的电离现象称为光电离。总结：热电离是弧柱部分产生带电粒子的最主要途径；在普通电弧中，弧柱因E一般为10V/cm左右，较小，故热电离是主要形式。而阴极和阳极区因E约为105—107v/cm，场致电离的作用才显著；电弧弧光可直接对K,Na,Ca,Al等金属产生光电离，而对焊接电弧气氛中的其它气体则不能直接引起光电离。2.阴极发射电子金属表面接受一定的外加能量，自由电子冲破金属表面的约束而飞到电弧空间的现象。主要问题：电子发射、逸出功、阴

5、极斑点、电子发射与电弧稳定性关系。由于从阴极发射的电子，在电场的加速下碰撞电弧导电空间的中性气体粒子而使之电离，这样就使阴极电子发射充当了维持电弧导电的“原电子之源”。因此，阴极电子发射在电弧导电过程中起着特别重要的作用。电子发射热发射场致发射光发射碰撞发射光发射碰撞发射（1）阴极斑点阴极通过微小的斑点发射电子，这些斑点上的电流密度很高，称为阴极斑点。电流密度：5×105～107A/cm2。形成条件：①阴极上存在热发射和电场收射能力较高的微区②在这些微区导电电弧消耗能量最小阴极斑点有自动跳向温度高、热收射强的物质上的性能。如果金属表面有低逸出功的氧化膜存在时

6、，阴极斑点有自动寻找氧化膜的倾向。阴极斑点阳极斑点斑点导电2.阴极发射电子（2）阳极斑点阳极上通过微小斑点传导电流，这些斑点电流密度高，斑点区域产生金属的蒸发。电流密度为102～103A/cm2。形成条件：①阳极上某些点产生金属的蒸发。②电弧通过这些点可使弧柱消耗的能量最少。由于阳极斑点的形成条件之一是金属的蒸发，因此金属表面覆盖氧化膜时，同阴极斑点的情况相反，阳极斑点则有避开氧化膜而去自动寻找纯金属表面的倾向。1.热发射热发射：金属表面承受热作用而产生的电子发射现象。热阴极--W、C电极的最高温度不能超过沸点；冷阴极--Fe,Cu,Al,Mg.等。影响因素

7、：温度、材质、表面形态2.场致发射当金属表面空间存在一定强度的正电场时，金属内的自由电子受此电场静电库伦力的作用，当此力达到一定程度时，电子可飞出金属表面，这种现象称场致发射。对低沸点材料，电场发射对阴极区提供带电粒子起重要作用。影响因素：温度、材质、电场大小3.光发射当金属表面接受光辐射时，也可使金属表面自由电子能量增加，冲破金属表面的约束飞到金属外面来，这种现象称为光发射。光发射在阴极发射中起次要作用。4.粒子碰撞发射高速运动的粒子（电子或离子）碰撞金属表面时，将能量传给金属表面的自由电子，使其能量增加而跑出金属表面，这种现象称为粒子碰撞发射。在一定条件

8、下，粒子碰撞发射是电弧阴极区提供乖电所需电子的主要途